Заштитни кола за напојување. Заштита од краток спој на транзистор со ефект на поле. Додавање реализам во безбедносниот систем

Добар сигнал за моќност

Кога ќе го вклучиме, излезните напони не ја достигнуваат веднаш саканата вредност, туку по околу 0,02 секунди, а за да се спречи снабдувањето со намален напон на компонентите на компјутерот, постои посебен сигнал„добра моќност“, понекогаш наречена и „PWR_OK“ или едноставно „PG“, што се применува кога напоните на излезите +12V, +5V и +3.3V го достигнуваат точниот опсег. За снабдување на овој сигнал, специјална линија е распределена на ATX конекторот за напојување поврзан со (бр. 8, сива жица).

Друг потрошувач на овој сигнал е заштитното коло од поднапон (UVP) во напојувањето, за кое ќе се дискутира подоцна - ако е активен од моментот на вклучување на напојувањето, едноставно нема да дозволи компјутерот да се вклучи , веднаш исклучувајќи го напојувањето, бидејќи напоните очигледно ќе бидат под номиналните. Затоа, ова коло се вклучува само кога е применет сигналот Power Good.

Овој сигнал се снабдува со мониторинг коло или PWM контролер (модулација на ширината на пулсот што се користи во сите модерни прекинувачки напојувања, поради што го добија своето име, англиската кратенка е PWM, позната од современите ладилници - за контрола на нивната брзина на ротација што се доставува до кај нив струјата е модулирана на сличен начин.)

Моќност Добар дијаграм за испорака на сигнал според спецификацијата ATX12V.
VAC е влезниот наизменичен напон, PS_ON# е сигналот за „вклучување“, кој се испраќа кога ќе се притисне копчето за вклучување на системската единица. „O/P“ е кратенка за „оперативна точка“, т.е. работна вредност. И PWR_OK е сигналот Power Good. Т1 е помал од 500 ms, Т2 е помеѓу 0,1 ms и 20 ms, Т3 е помеѓу 100 ms и 500 ms, Т4 е помал или еднаков на 10 ms, Т5 е поголем или еднаков на 16 ms и Т6 е поголем од или еднакво на 1 ms.

Заштита од недоволно напон и пренапон (UVP/OVP)

Заштитата и во двата случаи се спроведува со користење на истото коло кое ги следи излезните напони +12V, +5V и 3.3V и го исклучува напојувањето ако еден од нив е поголем (OVP - Overvoltage Protection) или помал (UVP - Under Voltage Protection ) одредена вредност, која исто така се нарекува „точка на активирање“. Ова се главните типови на заштита кои моментално се присутни во практично сите уреди; згора на тоа, стандардот ATX12V бара OVP.

Малку проблем е тоа што и OVP и UVP обично се конфигурирани со точки на активирање премногу далеку од номиналната вредност на напонот и во случај на OVP ова е директно совпаѓање со стандардот ATX12V:

Оние. може да направите напојување со OVP активирачка точка од +12V на 15,6V или +5V на 7V и сепак ќе биде компатибилно со стандардот ATX12V.

Ова ќе произведува, да речеме, 15V наместо 12V долго време без да ја активира заштитата, што може да доведе до дефект на компонентите на компјутерот.

Од друга страна, стандардот ATX12V јасно пропишува дека излезните напони не треба да отстапуваат повеќе од 5% од номиналната вредност, но OVP може да се конфигурира од производителот на напојувањето да работи на отстапување од 30% долж +12V и + 3,3V линии и 40% - по линијата +5V.

Производителите ги избираат вредностите на точките за активирање користејќи еден или друг чип за следење или PWM контролер, бидејќи вредностите на овие точки се строго дефинирани со спецификациите на одреден чип.

Како пример, да го земеме популарниот чип за следење PS223, кој се користи во некои што сè уште се на пазарот. Овој чип ги има следните точки за активирање за режимите OVP и UVP:

Другите чипови обезбедуваат различен сет на точки за активирање.

И уште еднаш ве потсетуваме колку далеку од нормалните вредности на напонот обично се конфигурираат OVP и UVP. За да функционираат, напојувањето мора да биде во многу тешка ситуација. Во пракса, евтините напојувања кои немаат други видови заштита освен OVP/UVP откажуваат пред да се активира OVP/UVP.

Заштита од прекумерна струја (OCP)

Во случајот со оваа технологија (англиската кратенка OCP е Преку струјаЗаштита) постои едно прашање што треба да се разгледа подетално. Според меѓународниот стандард IEC 60950-1, ниту еден проводник во компјутерската опрема не смее да носи повеќе од 240 Volt-Amps, што е случај со DCдава 240 вати. Спецификацијата ATX12V вклучува услов за заштита од прекумерна струја на сите кола. Во случај на најоптоварено коло од 12V, добиваме максимална дозволена струја од 20 Ампери. Нормално, ваквото ограничување не дозволува производство на напојување со моќност поголема од 300 вати, а за да се заобиколи, излезното коло +12V почна да се дели на две или повеќе линии, од кои секоја имаше сопствено заштитно коло од прекуструјна струја. Соодветно на тоа, сите пинови за напојување кои имаат контакти +12V се поделени во неколку групи според бројот на линии, во некои случаи тие се дури и кодирани во боја со цел соодветно да се распредели товарот низ линиите.

Меѓутоа, во многу евтини напојувања со наведени две линии +12V, во пракса се користи само едно струјно заштитно коло, а сите жици +12V внатре се поврзани на еден излез. За да се спроведе соодветна работа на такво коло, заштитата од тековното оптоварување се активира не на 20 А, туку на, на пример, 40 А, а ограничувањето на максималната струја на една жица се постигнува со тоа што во реален систем Оптоварувањето +12V секогаш се дистрибуира меѓу неколку потрошувачи и уште повеќе жици.

Покрај тоа, понекогаш можете да сфатите дали одредена единица за напојување користи посебна струјна заштита за секоја линија +12V само со расклопување и гледање на бројот и поврзувањето на шантовите што се користат за мерење на струјата (во некои случаи, бројот на шантови може да го надминува бројот на линии, бидејќи може да се користат повеќе шантови за мерење на струјата на една линија).

Друга интересна поента е дека, за разлика од заштитата од над/ненапон, дозволеното ниво на струја го регулира производителот на напојување со лемење на отпорници со една или друга вредност на излезите на контролниот микроспој. И на евтини напојувања, и покрај барањата на стандардот ATX12V, оваа заштита може да се инсталира само на линиите +3,3V и +5V или воопшто да ја нема.

Заштита од над температура (OTP)

Како што сугерира неговото име (OTP - Заштита од прекумерна температура), заштитата од прегревање го исклучува напојувањето ако температурата во куќиштето достигне одредена вредност. Не сите напојувања се опремени со него.

Во напојувањата, може да видите термистор прикачен на ладилникот (иако во некои напојувања може да се залемени директно на плочата за печатено коло). Овој термистор е поврзан со колото за контрола на брзината на вентилаторот и не се користи за заштита од прегревање. Во напојувањата опремени со заштита од прегревање, обично се користат два термистори - едниот за контрола на вентилаторот, а другиот всушност за заштита од прегревање.

Заштита од краток спој (SCP)

Заштитата од краток спој (SCP) е веројатно најстарата од овие технологии бидејќи е многу лесно да се имплементира со неколку транзистори, без користење на чип за следење. Оваа заштита е нужно присутна во секое напојување и ја исклучува во случај на краток спој во кое било од излезните кола, за да се избегне можен пожар.

Интегрираното коло (IC) KR142EN12A е прилагодлив стабилизатортип на компензација на напон во куќиштето KT-28-2, кое ви овозможува да напојувате уреди со струја до 1,5 А во опсегот на напон 1,2...37 V. Овој интегриран стабилизатор има термички стабилна струјна заштита и излезна заштита од краток спој .

Врз основа на ИЦ KR142EN12A, можете да изградите прилагодлив блокнапојување, чие коло (без трансформатор и диоден мост) е прикажано во Сл.2. Исправениот влезен напон се напојува од диодниот мост до кондензаторот C1. Транзистор VT2 и чип DA1 треба да се наоѓаат на радијаторот.

Прирабница на ладилник DA1 е електрично поврзан со пин 2, па ако DAT и транзистор VD2 се наоѓаат на истиот ладилник, тогаш тие треба да се изолираат едни од други.

Во верзијата на авторот, DA1 е инсталиран на посебен мал радијатор, кој не е галвански поврзан со радијаторот и транзистор VT2. Моќта што ја троши чип со ладилник не треба да надминува 10 W. Отпорниците R3 и R5 формираат делител на напон вклучен во мерниот елемент на стабилизаторот. Стабилизиран негативен напон од -5 V се испорачува на кондензаторот C2 и отпорникот R2 (се користи за избор на термички стабилна точка VD1).Во оригиналната верзија, напонот се снабдува од диодниот мост KTs407A и стабилизаторот 79L05, напојуван од посебен намотување на енергетскиот трансформатор.

За чуварод затворањето на излезното коло на стабилизаторот, доволно е да се поврзе електролитски кондензатор со капацитет од најмалку 10 μF паралелно со отпорникот R3 и шантскиот отпорник R5 со диода KD521A. Локацијата на деловите не е критична, но за добра температурна стабилност потребно е да се користат соодветни типови отпорници. Тие треба да бидат лоцирани колку што е можно подалеку од извори на топлина. Целокупната стабилност на излезниот напон се состои од многу фактори и обично не надминува 0,25% по загревањето.

По вклучувањетои загревање на уредот, минималниот излезен напон од 0 V се поставува со отпорник Rao6. Отпорници R2 ( Сл.2) и отпорник Rno6 ( Сл.3) мора да бидат тримери со повеќекратни вртења од серијата SP5.

Можностиструјата на микроколото KR142EN12A е ограничена на 1,5 А. Во моментов, на продажба има микроспој со слични параметри, но дизајнирани за поголема струја во оптоварувањето, на пример LM350 - за струја од 3 А, LM338 - за струја од 5 A. Неодамна на продажба се појавија увезени микроциркути од серијата LOW DROP (SD, DV, LT1083/1084/1085). Овие микросхеми можат да работат со намален напон помеѓу влезот и излезот (до 1... 1,3 V) и да обезбедат стабилизиран излезен напон во опсег од 1,25...30 V при струја на оптоварување од 7,5/5/3 А, соодветно . Најблиску по параметри домашен аналогтипот KR142EN22 има максимална струја на стабилизација од 7,5 А. При максимална излезна струја, режимот на стабилизација го гарантира производителот при влезно-излезен напон од најмалку 1,5 V. Микроциркулите имаат и вградена заштита од вишок струја во оптоварување на дозволената вредност и термичка заштита од прегревање на куќиштето . Овие стабилизатори обезбедуваат нестабилност на излезен напон од 0,05%/V, нестабилност на излезен напон кога излезната струја се менува од 10 mA до максимална вредност не полоша од 0,1%/V. На Сл.4покажува коло за напојување за домашна лабораторија, што ви овозможува да правите без транзистори VT1 ​​и VT2, прикажани во Сл.2.

Наместо микроспојот DA1 KR142EN12A, користен е микроколото KR142EN22A. Ова е прилагодлив стабилизатор со низок пад на напон, кој ви овозможува да добиете струја до 7,5 А во оптоварувањето. На пример, влезниот напон што се доставува до микроциркулацијата е Uin = 39 V, излезен напон при оптоварување Uout = 30 V, струја на оптоварување louf = 5 A, тогаш максималната моќност што се троши од микроциркутот на товарот е 45 W. Електролитичкиот кондензатор C7 се користи за намалување на излезната импеданса на високи фреквенции, а исто така го намалува напонот на бучавата и го подобрува измазнувањето на брановите. Ако овој кондензатор е тантал, тогаш неговиот номинален капацитет мора да биде најмалку 22 μF, ако алуминиум - најмалку 150 μF. Доколку е потребно, капацитетот на кондензаторот C7 може да се зголеми. Ако електролитскиот кондензатор C7 се наоѓа на растојание од повеќе од 155 mm и е поврзан на напојувањето со жица со пресек помал од 1 mm, тогаш е дополнителен електролитски кондензатор со капацитет од најмалку 10 μF. инсталиран на таблата паралелно со кондензаторот C7, поблиску до самиот микроспој. Капацитетот на филтерскиот кондензатор C1 може да се одреди приближно со брзина од 2000 μF на 1 А излезна струја (при напон од најмалку 50 V). За да се намали температурниот нанос на излезниот напон, отпорникот R8 мора да биде или со жица или метална фолија со грешка не полоша од 1%. Отпорникот R7 е ист тип како R8. Ако KS113A зенер диодата не е достапна, можете да ја користите единицата прикажана на Сл.3.Авторот е сосема задоволен од даденото решение за заштитно коло, бидејќи функционира беспрекорно и е тестирано во пракса. Можете да користите какви било решенија на кола за заштита на напојувањето, на пример оние предложени во. Во верзијата на авторот, кога се активира релето K1, контактите K 1.1 се затвораат, отпорникот R7 е краток спој, а напонот на излезот за напојување станува 0 V. Печатено колоЕдиницата за напојување и локацијата на елементите се прикажани на сл. 5, изгледБП - вклучено Сл.6.

Многу домашни единици имаат недостаток на недостаток на заштита од обратен поларитет на струја. Дури и искусен човек може ненамерно да го збуни поларитетот на напојувањето. И постои голема веројатност дека после ова Полначќе пропадне.

Оваа статија ќе разговара 3 опции за заштита од обратен поларитет, кои работат беспрекорно и не бараат никакво прилагодување.

Опција 1

Оваа заштита е наједноставна и се разликува од сличните по тоа што не користи никакви транзистори или микроциркути. Релеи, изолација на диоди - тоа се сите негови компоненти.

Шемата работи на следниов начин. Минусот во колото е вообичаен, така што ќе се земе предвид позитивното коло.

Ако нема батерија поврзана на влезот, релето е во отворена состојба. Кога батеријата е поврзана, плус се доставува преку диодата VD2 до намотката на релето, како резултат на што контактот на релето се затвора и главната струја за полнење тече до батеријата.

Во исто време, зелениот LED индикатор светнува, што покажува дека врската е точна.

И ако сега ја извадите батеријата, тогаш ќе има напон на излезот од колото, бидејќи струјата од полначот ќе продолжи да тече низ диодата VD2 до намотката на релето.

Ако поларитетот на поврзувањето е обратен, VD2 диодата ќе се заклучи и нема да се испорачува струја на намотката на релето. Релето нема да работи.

Во овој случај, црвената ЛЕР ќе светне, која намерно е поврзана неправилно. Ќе покаже дека поларитетот на поврзувањето на батеријата е неточен.

Диодата VD1 го штити колото од самоиндукција што се јавува кога релето е исклучено.

Доколку се воведе таква заштита во , вреди да се земе реле од 12 V. Дозволената струја на релето зависи само од моќноста . Во просек, вреди да се користи реле од 15-20 А.

Оваа шема сè уште нема аналози во многу аспекти. Истовремено штити од пресврт на струја и краток спој.

Принципот на работа на оваа шема е како што следува. За време на нормална работа, плус од изворот на енергија преку ЛЕР и отпорник R9 го отвора транзисторот со ефект на поле, а минусот преку отворениот спој на „полето прекинувач“ оди на излезот од колото до батеријата.

Кога ќе дојде до промена на поларитетот или краток спој, струјата во колото нагло се зголемува, што резултира со пад на напонот преку „полето прекинувач“ и низ шантот. Овој пад на напон е доволен за активирање на транзисторот со мала моќност VT2. Отворајќи го, вториот го затвора транзисторот со ефект на поле, затворајќи ја портата до земјата. Во исто време, LED свети, бидејќи напојувањето за него е обезбедено од отворениот спој на транзистор VT2.

Поради неговата голема брзина на одзив, ова коло е загарантирана заштита за било каков проблем на излезот.

Колото е многу доверливо во работењето и може да остане во заштитена состојба на неодредено време.

Ова е посебно едноставно коло, што тешко може да се нарече коло, бидејќи користи само 2 компоненти. Ова е моќна диода и осигурувач. Оваа опција е доста остварлива и се користи дури и на индустриско ниво.

Напојувањето од полначот се доставува до батеријата преку осигурувачот. Осигурувачот се избира врз основа на максималната струја на полнење. На пример, ако струјата е 10 А, тогаш е потребен осигурувач од 12-15 А.

Диодата е поврзана паралелно и затворена кога нормално функционирање. Но, ако поларитетот е обратен, диодата ќе се отвори и ќе се појави краток спој.

А осигурувачот е слабата алка во ова коло, која ќе изгори во истиот момент. После ова ќе мора да го промените.

Диодата треба да биде избрана според листот со податоци врз основа на фактот дека нејзиниот максимум краткорочна струјабеше неколку пати поголема од струјата на согорување на осигурувачите.

Оваа шема не обезбедува 100% заштита, бидејќи имало случаи кога полначот изгорел побрзо од осигурувачот.

Крајна линија

Од гледна точка на ефикасност, првата шема е подобра од другите. Но, од гледна точка на разноврсност и брзина на одговор, најдобрата опција е шема 2. Па, третата опција често се користи на индустриско ниво. Овој тип на заштита може да се види, на пример, на кое било радио во автомобил.

Сите кола, освен последното, имаат функција на само-заздравување, односно работата ќе се врати штом ќе се отстрани краткиот спој или ќе се промени поларитетот на поврзувањето на батеријата.

Прикачени датотеки:

Како да направите едноставна Power Bank со свои раце: дијаграм на домашна енергетска банка

Современите транзистори за префрлување на енергија имаат многу ниски отпори на одводниот извор кога се вклучени, што обезбедува низок пад на напон кога големи струи минуваат низ оваа структура. Оваа околност овозможува користење на такви транзистори во електронски осигурувачи.

На пример, транзисторот IRL2505 има отпорност на одводниот извор, со напон на изворот-портата од 10V, само 0,008 Ом. При струја од 10 А, моќноста P=I² R ќе се ослободи на кристалот на таков транзистор; P = 10 10 0,008 = 0,8 В. Ова сугерира дека при дадена струја транзисторот може да се инсталира без користење на радијатор. Иако секогаш се трудам да инсталирам барем мали ладилници. Во многу случаи, ова ви овозможува да го заштитите транзисторот од термички дефект во итни ситуации. Овој транзистор се користи во заштитното коло опишано во статијата „“. Доколку е потребно, можете да користите радиоелементи поставени на површината и да го направите уредот во форма на мал модул. Дијаграмот на уредот е прикажан на слика 1. Тој беше пресметан за струја до 4А.

Дијаграм за електронски осигурувачи

Во ова коло, како клуч се користи транзистор со ефект на поле со p канал IRF4905, со отворен отпор од 0,02 Ohm, со напон на портата = 10V.

Во принцип, оваа вредност го ограничува и минималниот напон на напојување на ова коло. Со одводна струја од 10 А, ќе генерира моќност од 2 W, што ќе повлекува потреба од инсталирање на мал ладилник. Максималниот напон на изворот на портата на овој транзистор е 20 V, затоа, за да се спречи дефект на структурата на изворот на портата, во колото се воведува зенер диода VD1, која може да се користи како која било зенер диода со напон за стабилизација од 12 волти. Ако напонот на влезот на колото е помал од 20 V, тогаш зенер диодата може да се отстрани од колото. Ако инсталирате зенер диода, можеби ќе треба да ја прилагодите вредноста на отпорникот R8. R8 = (Upit - Ust)/Ist; Каде што Upit е напонот на влезот на колото, Ust е напонот за стабилизација на зенер диодата, Ist е струјата на зенер диодата. На пример, Upit = 35V, Ust = 12V, Ist = 0,005A. R8 = (35-12) / 0,005 = 4600 Ом.

Конвертор на струја-напон

Отпорникот R2 се користи како струен сензор во колото, со цел да се намали моќноста што ја ослободува овој отпор; неговата вредност е избрана да биде само една стотинка од Ом. При користење на SMD елементи, може да биде составен од 10 отпорници од 0,1 Ohm, големина 1206, со моќност од 0,25 W. Употребата на струен сензор со толку низок отпор подразбира употреба на засилувач на сигнал од овој сензор. Оперативниот засилувач DA1.1 на микроколото LM358N се користи како засилувач.

Јачината на овој засилувач е (R3 + R4)/R1 = 100. Така, со струен сензор кој има отпор од 0,01 Ohm, коефициентот на конверзија на овој конвертор на струја-напон еднаков на еден, т.е. Еден ампер струја на оптоварување е еднаков на напон од 1V на излезот 7 DA1.1. Можете да го прилагодите Kus со отпорник R3. Со наведените вредности на отпорниците R5 и R6, максималната заштитна струја може да се постави во ... Сега да броиме. R5 + R6 = 1 + 10 = 11 kOhm. Да ја најдеме струјата што тече низ овој делител: I = U/R = 5A/11000Ohm = 0,00045A. Оттука, максималниот напон што може да се постави на пинот 2 од DA1 ќе биде еднаков на U = I x R = 0,00045A x 10000 Ohm = 4,5 V. Така, максималната заштитна струја ќе биде приближно 4,5 А.

Компаратор на напон

На вториот оп-засилувач, кој е дел од овој MS, се составува компаратор на напон. Инвертирачкиот влез на овој компаратор се снабдува со референтен напон регулиран со отпорник R6 од стабилизаторот DA2. Неинвертирачки влез 3 од DA1.2 се напојува со засилен напон од струјниот сензор. Оптоварувањето на компараторот е сериско коло, LED оптоспојувач и отпорник за прилагодување на амортизацијата R7. Отпорникот R7 ја поставува струјата што минува низ ова коло, околу 15 mA.

Работа на колото

Шемата работи на следниов начин. На пример, со струја на оптоварување од 3А, на тековниот сензор ќе се ослободи напон од 0,01 x 3 = 0,03V. Излезот на засилувачот DA1.1 ќе има напон еднаков на 0,03V x 100 = 3V. Ако во овој случај, на влезот 2 од DA1.2 има референтен напон поставен од отпорникот R6, помал од три волти, тогаш на излезот од компараторот 1 ќе се појави напон блиску до напонот на напојување на оп-засилувачот, т.е. пет волти. Како резултат на тоа, LED сијаличката на оптоспојувачот ќе светне. Тиристорот на оптоспојувачот ќе ја отвори и ќе ја премости портата на транзисторот со ефект на поле со неговиот извор. Транзисторот ќе се исклучи и ќе го исклучи товарот. Вратете го дијаграмот на почетната состојбаМожете да го користите копчето SB1 или да го исклучите и повторно да го вклучите напојувањето.